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1、1 前 言1.1妃子笑荔枝果皮着色发育的基本情况及项目提出背景荔枝（Litchi Chinesis Sonn.）是原产中国的重要的亚热带果树（孙清明等，2010）。海南是我国重要的荔枝原产地之一（王家保等，2006）。妃子笑荔枝别名绿荷苞，具有果大、核小、味甜、早熟、丰产、稳产等优秀的特性，是海南目前主栽品种之一(符传奋等，2014)。荔枝果皮着色红艳和果肉风味变甜均是果实成熟的重要标志，也是最重要的外观和内在品质因素，因此，要使荔枝果实的商品价值达到极高，就应当使荔枝的果皮红色相关的着色和果肉风味品质的变甜达到同步发育，尤其是在果实成熟期。但是，对于妃子笑荔枝（Litchi chinensi
2、s Sonn. cv. Feizixiao）而言，当其果肉含糖量最高时果皮未完全转红（即“滞绿”现象），果面全红时的果肉含糖量发生下降（即“退糖”现象）（王惠聪等，2002），存在果皮着色和果肉变甜发育不同步的现象，在果肉风味最佳时采收则出现所谓“果皮着色不良”的问题。又由于荔枝果皮的着色主要表现为果皮花色素含量不断升高，同时果皮叶绿素含量持续下降，但与果皮中类胡萝卜素的含量变化关系不明显（张锐等，2013；李平等，1999；高飞飞等，2000；周开兵等，2007；王家保等，2006），因此，要解决妃子笑果皮着色和果肉风味品质发育的不同步问题，可以通过调节妃子笑荔枝果皮色素代谢或者果肉糖代谢来
3、使二者发育实现同步。前人报道过对妃子笑荔枝果实套袋可以解决其果皮“滞绿”问题, 同时对其生理机理也展开过探讨，即套袋处理可以用时抑制 UFGT 的活性和果皮花色素苷的合成，除袋后 UFGT 活性和果皮花青苷含量都迅速增加（陈大成等，1999），而通过其它田间管理技术创新是否能够实现果实外观和内在品质发育同步则未见报道。笔者所在课题组已报道，在三月红荔枝（Litchi chinensis Sonn. cv. Sanyuehong）果实膨大期经叶面喷施磷、钾和钙肥可以促进果皮着色，进而有可能解决其果实外观和内在品质发育不同步的问题（周开兵等，2007）。鉴于此，对妃子笑荔枝进行施肥技术创新也可能会
4、解决其果皮着色与果肉风味变甜发育不同步的问题。本文通过对妃子笑荔枝在果实稳果后进行叶面喷施 K、Ca 和 Mg 单一肥及其混合肥处理，筛选出能够使妃子笑荔枝的果皮着色和果肉风味品质实现同步发育的施肥处理，并研究其果皮着色的调节效果及其生理成因。1.2荔枝果皮着色机理研究1.2.1 着色与色素代谢的关系对荔枝果皮着色研究一直是荔枝研究项目的重点，并且也获得了一些重要的研究成果与进展。很多因素对果实果皮的颜色都有影响，其中叶绿素、花青苷、类胡萝卜素以及类黄酮都是其中的重要因素，各种色素在果皮中都占有一定的比例，而不同的相互之间的比例对果实果皮的颜色起着决定性的作用（Lancaster J E et
5、 al.,1994）。荔枝果实着色的基本原理为：转色期果皮叶绿素和类胡萝卜素含量下降，花色素苷含量上升，从而使荔枝果皮的红色前景色遮掩住了绿色背景色（Ruenroeng et al.,2008；Wang，2005）。类胡萝卜素和类黄酮对荔枝果实色泽有关的商品性能没有多少影响，而对果皮着色起决定性作用的色素主要是叶绿素和花色素苷（高飞飞等，2000；李平等，1999；胡桂兵等，2000；王惠聪等，2002）。对于影响妃子笑果皮着色不佳的因素，有学者认为主要是在果肉含糖量最高时，其叶绿素的含量也停留在一个比较高的水平而导致（高飞飞等，2000；王家保等，2006）；但也有相关学者指出其叶绿素含量已
6、下降至最低，但花色素苷含量较低导致（李平等，1999）。因此有必要进一步研究妃子笑荔枝果皮着色不良的机理。1.2.2 着色与酶的关系对于花色素苷的合成途径，现有的研究已经基本清楚。有研究表明苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查儿酮合成酶（CHS）和类黄酮糖基转移酶（UFGT）这三种酶能够很好的促进花青苷的合成（Brdenfeldt R et al.,1988），花色素是不稳定的，而UFGT 可以使其从不稳定的状态催化成稳定状态的花色素苷，UFGT也是花色素苷合成途径中的最后一个酶（赵志常等，2011）。虽然各个酶在花色素苷的合成过程中均起作用，但大多数研究者认为，UFGT可能是花色素苷合成的关键酶。理
7、由是：在一定范围内，UFGT 活性与花色素苷的含量呈现显著的正相关，相比着其他酶，抑制UFGT 酶活性更能够抑制花色素苷的合成，只有UFGT 活性与荔枝果皮花色素苷合成关系密切，而且具有明显的相关性。（王慧聪等，2004）。到目前为止，叶绿素酶（Chlase）仍是叶绿素酶促降解代谢过程中最被人们所了解的酶（甘志军等， 2002）。相当多的实验结果已经证实，在叶绿素酶促降解代谢的整个过程中，叶绿素酶只是在最起始的环节中起作用。在植物体外，叶绿素酶可以像别的酯酶一样催化水解叶绿素及其衍生物侧链酯键；通过叶绿素酶的催化作用，叶绿素能够被水解并生成脱植基叶绿素(Chlorophyllide, Chli
8、de)，脱植基叶绿素在镁-脱鳌合酶作用下脱镁；生成的脱镁叶绿素(Pheophytin)通过叶绿素酶的催化水解，生成脱镁叶绿酸(Pheophorbide Pheophorbide, Pheide）（Mincufz-Mosquera M I et al.,1994），因此，叶绿素酶是叶绿素降解的关键酶。目前认为，叶绿素的降解途径从叶绿素a 开始经脱植基叶绿素a(Chlide a)、脱镁叶绿酸a(pheophorbide a pheide)、红色叶绿素降解物到非荧光叶绿素降解物(NCC)。其中脱镁叶绿酸 a 单加氧酶(pheophorbide a monooxygenase, PaO)起到了最主要的
9、作用，因而该途径又被称为PaO 途径（唐蕾，2008）。PaO是叶绿素降解过程中最重要的酶，大量的实验证据表明：在衰老的叶片中，抑制PaO 的活性，将导致脱镁叶绿酸a 的积累和叶绿素降解的抑制(Tanaka A et al.,2006)。因此，探讨荔枝果皮着色机理时，除了果皮Chlase 的活性外，也应当关注果皮PaO活性变化问题。1.2.3 着色与激素的关系脱落酸（ABA）和乙烯（Eth）对果皮着色具有复杂的相互作用，主要表现为乙烯促进荔枝果皮叶绿素降解，ABA促进荔枝果皮花色素苷合成，同时能提高果皮对乙烯的敏感性（Huicong Wang et al.,2007）。乙烯对荔枝果实着色可能有
10、积极的作用（王惠聪等，2002），ABA和乙烯具有促进花色素苷合成和积累的作用（姜卫兵等，2009）有研究表明在转色期前1周先是ABA含量急剧升高，稍后发生乙烯含量急剧升高，认为ABA诱导Eth合成，然后由乙烯诱导荔枝果实的成熟状况和色泽变化 (尹金华等，2001；曾令达，2010)。Saure认为乙烯能通过诱导苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性而提高花色素苷合成量（Saure M C et al.,1990）；对银杏（Ginkgo biloba L.）叶片外施300mg.L-1乙烯利4h后PAL增加了68.13U（程水源等，2005）。乙烯可以使细胞膜的透性发生改变，从而使糖分的流动加快，促进糖
11、分的积累，进而能够为反应提供底物或者直接调节生理过程而促进花色素苷的合成（束怀瑞，1997）。Eth也可能通过破坏细胞膜结构，干扰蛋白质合成过程转为大量合成花色素苷。因此通过花色素苷的形成与Eth释放之间的密切关系以及乙烯可能产生的许多积极的作用来看，Eth不仅是影响花色素苷形成的重要因素，还可能作为花色素苷合成的必要先决条件（姜卫兵等，2009）。大量研究都应用Eth来促进果实果皮着色：对荔枝果实外施Eth形成抑制剂STS，使得荔枝果皮花色素苷含量下降了21.1%（尹金华等，2001），用Eth处理妃子笑荔枝50d后，花色素苷含量增加了65.0%（李平等，1999）。ABA对花色素苷合成的影
12、响较有争议。有研究者认为ABA对花色素苷的积累具有不利的影响（Mol J et al.,1996），也有人认为ABA的匮乏对花色素苷的合成具有抑制作用（Fambrini M, et al.,1993）。ABA可以明显的促进葡萄（Vitis vinifera）、桃（Prunus persica L. cv. Akatsuki）果皮中花色素苷的含量（Ban T, et al.,2000；Ohmyia A, 2000）。ABA能够明显的促进花色素苷合成和积累（姜卫兵等，2009）。还有人认为ABA先是促进了乙烯的合成，进而间接的促进花色素苷的合成(尹金华等，2001)。IAA，GA和 iPAs 等对
13、促进花色素苷的合成也有一定的影响（姜卫兵等，2009）。当生长素（2，4-D）的浓度比较低时，具有促进花色素苷积累的作用，而当其浓度比较高时，则抑制花色素苷的合成（张进杰，2006）；1.16 mmolL-1的GA3处理能有效地提高弱光下安祖花（Anthurium andraeanum）佛焰苞花青苷含量（夏春华等， 2004）；但在李（Prunus salicina Lindl.）果实中，乙烯释放量和ABA含量与花色素苷呈显著正相关，GA3含量与叶绿素具有显著正相关关系（崔艳涛，2006）。在鸡冠花（Celosia cristata L.）悬浮体系中，随着不断增加细胞分裂素KT的浓度，花色素苷
14、的含量不断减少（张进杰，2005）；细胞分裂素能促进拟南芥（Arabidopsis thaliana）植株形成花色素苷（王军，2011）。总之，激素对荔枝果皮着色的调节是一个复杂的生理机制，很可能是多种激素的综合平衡作用。因此，有必要研究妃子笑荔枝多种内源激素含量平衡与果皮着色之间的关系。 1.2.4 钾、钙、镁素营养与着色的关系通过在一些植物上的实验可以表明钾影响叶绿素和花色素苷的合成。在玉米（Zea mays）实生苗上，缺钾导致叶绿素合成受阻和延迟叶绿素蛋白向叶绿素转化（Lawanson A. O. et al.,1977）。华中五味子（Orange Magnoliavine）的叶绿素含量
15、与其土壤中的钾含量呈正相关关系（邓白罗等，2010）。对“秋蜜红”和“秋甜”桃（Amygdalus persica L.）喷施磷酸二氢钾提高了其叶片叶绿素含量（尚霄丽等，2013）；在金叶白蜡（Fraxinus Linn）叶片喷施0.4%、0.8%、1.2% 的硫酸钾肥时，有利于叶绿素的合成（陈芳等，2013）。紫叶稠李（Prunus wilsonii）叶片钾含量与花色素苷含量呈显著的正相关（王庆菊等，2007）。叶面喷施3 KH2PO4可显著的提高中华红叶杨（PopuluseuramericanaZhonghong）叶片中的花色素苷含量（李小康等，2008）。对苹果植株增施钾肥，可以明显提高
16、苹果外在品质，使着色均匀(李明悦等，2009；王春枝等，2009；金会翠等，2007)。三月红荔枝叶面喷布KH2PO4 可以提高其花色素苷含量（周开兵等，2007）。当然，施肥量与叶片钾含量不一样，尽管不能断定叶片钾含量与叶绿素和花色素苷含量的相关性质，但是，可以肯定不同施钾量会引起叶片钾含量改变，即叶片钾含量肯定影响叶绿素和花色素苷的合成。烤烟（Nicotiana tabacum L.）叶片钾含量与其叶绿素含量呈极显著正相关关系（赵平等，2005）。据此推断，果皮叶绿素和花色素苷代谢与果皮钾素营养应当有关，必须研究果皮钾素营养在荔枝果皮着色过程中的作用。钙也能影响叶绿素和花色素苷的合成。以CaCl2作为钙源，进行枇杷（Eriobotrya japonica (Thunb.) Lindl.）小苗钙营养液沙培实验，结果表明：与0.4mmol.L-1钙处理相比，0.01mmol.L-1和3.2mmol.L-1钙处理的叶绿素含量较少（廖汝玉等，2008）。在华中五味子中，叶绿素含量与其土壤中的水溶性钙含量呈
